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Increíble como parece, la vibración (o al menos gran parte de ella) puede detectarse mediante grabación de video con una resolución increíble, ahorrando una enorme cantidad de horas en estudios que antes eran laboriosos o simplemente imposibles de realizar.
Inspirada en el aeronave de mando y control EC-135 que sirvió como centro estratégico de lanzamiento y control aéreo de las Naciones Unidas durante la Guerra Fría, Optical Vibration ha creado la Técnica Looking Glass dentro de Dragon Vision® para diferenciarla de las técnicas convencionales.
Entonces, ¿qué es el rastreo de vibraciones? Y mejor aún, ¿para qué sirve?
¿Qué es la Técnica Looking Glass?
La técnica Looking Glass es el método de vibración óptica utilizado para obtener señales de vibración significativas a partir de una grabación de video, combinada con un método único y confiable de calibración que utiliza la señal de un acelerómetro tradicional. Es un método de análisis de vibraciones que usa nuestro algoritmo único de rastreo de micromovimientos en archivos de video. De hecho, se utiliza hoy en día para detectar y medir las vibraciones de miles de puntos simultáneamente con una sola grabación de video.
Los resultados de este tipo de análisis de vibraciones dependen de la calidad de la grabación. Asimismo, la frecuencia máxima visible en los espectros está relacionada con la cantidad de fotogramas por segundo de la grabación.
¿Cómo Puede Ayudarme la Técnica Looking Glass?
El rastreo de vibraciones por video permite a los usuarios medir miles de puntos al mismo tiempo, lo cual de otro modo sería imposible o consumiría mucho tiempo con métodos convencionales. De esta forma, brinda la posibilidad de analizar estructuras, movimiento, deflexión y fase con mucha mayor precisión y con muy poco esfuerzo. Al mismo tiempo, esta técnica permite a los usuarios exportar simulaciones de vibración amplificada que son muy fáciles de interpretar incluso para personas que no son expertas en análisis de vibraciones.
¿Cómo Funciona la Técnica Looking Glass?
El movimiento más pequeño que este método puede detectar es mucho menor que el tamaño de un píxel de una cámara convencional. ¿Cómo funciona entonces?
El principio de este método se basa en el hecho de que, en una cámara convencional, antes de que un objeto se desplace de un píxel a otro, genera un pequeño cambio de color en el píxel siguiente. De hecho, el color de ambos píxeles cambia progresivamente hasta que el objeto ocupa por completo el siguiente sensor de píxel.
Este método mide los cambios en la angularidad y en la cantidad de color de cada píxel (en realidad de toda un área de píxeles). Primero, el software identifica patrones de color dentro de pequeñas áreas definidas por el usuario. Estos patrones deben tener cambios en angularidad y diferencias de color para distinguirlos del resto de patrones. Las áreas objetivo son encontradas automáticamente por el software y el usuario solo puede modificar algunos parámetros de calidad y superficie.
Segundo, para cada fotograma del video, el software identificará los cambios de color promedio en los puntos objetivo y su área correspondiente, siendo así capaz de rastrear pequeños cambios en cada fotograma con gran precisión.
Finalmente, toda la información obtenida se traduce en señales de vibración como FFT, fase o forma de onda en el tiempo para fines analíticos.
(Imagen 1: Rastreo de puntos de vibración a 3550 RPM)
Confiabilidad en Amplitud
Para obtener valores de vibración confiables, es esencial contar con un sistema de calibración. Todas las cámaras tienen diferentes tipos de lentes y resoluciones, sin mencionar que el zoom utilizado y la distancia a la que se toma el video pueden cambiar la apreciación del movimiento.
Por lo tanto, el sistema necesita una calibración comparativa para lograr confiabilidad. El mejor método para calibrar estas señales es usar un acelerómetro.
Existen 2 métodos comparativos para calibrar este tipo de señales:
Por valor RMS: este método requiere que un solo punto de la máquina sea medido con un vibrómetro convencional. El software calibrará entonces el movimiento de acuerdo con el valor RMS de ese punto.
Por canal cruzado: este método es el más preciso y requiere una grabación completa de la señal de vibración para que el software la procese en forma de espectro (FFT). Usando este método, el software podrá calibrar cada frecuencia individualmente, eliminando las frecuencias falsas que podrían generarse por el efecto de aliasing.
- Acelerómetro triaxial
- Ancho de banda completo de 10 kHz
- Alcance de larga distancia hasta 20 m
- Carcasa de acero inoxidable
- Temperatura de operación hasta 185 °F (80 °C)
- Ideal para ODS en condiciones reales y recopilación de datos por rutas
¿Qué Fallas Puedo Diagnosticar con la Técnica Looking Glass?
Existen muchas fallas que pueden detectarse con esta técnica. Principalmente aquellas relacionadas con bajas frecuencias y fase. Por ejemplo:
- Desbalance
- Desalineación
- Holgura mecánica
- Flecha doblada
- Excentricidad
- Resonancia
- Frecuencias naturales (por prueba de golpe)
- Ruido eléctrico
(Imagen 2: Espectro obtenido del video – Análisis de armónicos)
Análisis de Vibración Diferencial
El análisis de vibración diferencial es un estudio que analiza la vibración de un área restando las vibraciones de otra zona. Un ejemplo es medir la vibración de un motor eléctrico restando la vibración de su propia base (que podría ser generada por una masa mayor o por otro motor). Este método analiza la vibración proveniente exclusivamente de ese motor.
El análisis de vibración diferencial es un tipo de estudio muy poco común debido a la dificultad de realizarlo con las técnicas actuales. Con la técnica Looking Glass es muy sencillo, ya que solo se necesita seleccionar un área de referencia para que esas vibraciones se resten automáticamente del resto de los puntos.
(Imagen 3: Análisis de Vibración Diferencial. Compara el movimiento con la Imagen 1. En este caso los puntos rojos corresponden a la zona de referencia)
(Imagen 4: Análisis de Fase)
Análisis de Vibración No Invasivo
Existen muchos casos en los que la masa de un acelerómetro cambia completamente el comportamiento de la vibración. Este es el caso al intentar obtener datos significativos de elementos con pequeñas masas, como un cable, un motor muy pequeño, aviones de radio control, etc.
La técnica Looking Glass elimina completamente este problema, ya que al no usar sensores, el objeto analizado vibrará de forma natural.
Análisis de Vibración a Gran Escala
Otra limitación importante del análisis de vibraciones son los objetos a gran escala, como edificios, puentes, grandes barcos y aviones.
Digivibe MX®
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Limitaciones de la Técnica Looking Glass para Análisis de Vibraciones
La técnica Looking Glass es un excelente complemento para los analizadores de vibraciones, pero aún no un reemplazo, ya que todavía tiene algunas limitaciones relacionadas con la frecuencia máxima y la resolución de amplitud.
La frecuencia máxima está determinada por la cantidad de fotogramas por segundo de la cámara (tasa de fotogramas). Así, la frecuencia máxima visible será la mitad de la tasa de fotogramas (y para una amplitud confiable sería: tasa de fotogramas / 2.56).
La resolución de amplitud dependerá del número de píxeles de la cámara, así como de la distancia de la cámara al objeto y del zoom utilizado, obteniendo mejores resoluciones al acercarse más al objeto a medir.
Aliasing: otro problema con este tipo de análisis es la imposibilidad de evitar el efecto de aliasing. Normalmente, los analizadores de vibraciones comunes eliminan este efecto usando filtros analógicos incorporados en la interfaz de adquisición de datos. Sin embargo, en un video esto simplemente no es posible. Dragon Vision® incorpora un método de calibración que se apoya en un acelerómetro tradicional, donde analiza los espectros y elimina las frecuencias causadas por el efecto de aliasing. Así, calibra la señal en todo el espectro, haciendo la lectura mucho más confiable tanto en frecuencia como en amplitud. De hecho, todo este proceso reduce hasta el 95% del ruido de fondo inherente a la propia cámara.
Para más información sobre el efecto “aliasing” visita: https://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing
Detección de Zonas de Vibración
Prácticamente de forma inmediata, Dragon Vision® es capaz de identificar las áreas con mayor vibración mediante un algoritmo de detección de micromovimientos. Incluso aislando y filtrando los movimientos de tu propia mano mientras sostienes la cámara.
FILTRO ANTI-ALIASING
Dragon Vision® incorpora un filtro anti-aliasing que utiliza comparación por canal cruzado. De esta forma, se eliminan del FFT las frecuencias inexistentes producidas por el fenómeno de aliasing debido a la baja tasa de muestreo de las cámaras de video.
Para más información sobre el efecto “aliasing” visita: https://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing